JP4852131B2 - トランス装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のトランスを効果的に配置したトランス装置に関する。

複数のトランスの配列に関する従来技術として、下記特許文献１，２に示されたものがある。例えば、特許文献１に示された多口用高電圧発生装置では、複数のトランスの１次コイル（７ａ、７ｂ）の巻回方向を逆とし、各トランスを軸方向に並べることで、各コイルから発生する磁界を逆向きにし、ノイズの発生を可及的に除去する昇圧トランスを有しており、２個のトランスの巻回方向を逆にすることで発生するノイズの位相を逆にし、トランス外部では打消しあう構造を開示している。

また、特許文献２に示された高周波トランス装置では、複数のトランスの巻線インピーダンスを合わせるように端子引き出し位置の調整手段を備えたトランス装置を有しており、複数のトランスを並列運転する場合に各トランスに流れる電流を平均化する技術を開示している。

実用新案登録第２５４７８６２号公報 特開平６−３１８５２４号公報

しかしながら、特許文献１は、トランス外部へ放射するノイズ低減を行う技術であり、トランス内部の損失に関しては何らの効果もない。また、特許文献２の技術では、各トランスの損失は平均化されるが、損失の低減効果は得られない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のトランスを効果的に配置することで、トランス内部の損失を低減することができるトランス装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるトランス装置は、複数のトランスを有するトランス装置であって、前記トランス装置を構成する複数のトランスのうちの第１、第２のトランスのコア部材には、それぞれ少なくとも一つのギャップ部が形成されており、前記第１のトランスに設けられたギャップ部のうちの少なくも一つと、前記第２のトランスに設けられたギャップ部のうちの少なくも一つとの間の距離が、当該ギャップ部のギャップ長に比して近接して配置され、且つ、それらのギャップ部に生ずる磁束の向きが互いに逆向きとなるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１のトランスに設けられたギャップ部のうちの少なくも一つと、第２のトランスに設けられたギャップ部のうちの少なくも一つとが、当該ギャップ部のギャップ長に比して近接して配置され、且つ、それらのギャップ部に生ずる磁束の向きが互いに逆向きとなるように構成されているので、各トランスにおける内部損失の低減が可能となる。

また、本発明にかかるトランス装置は、複数のトランスを有するトランス装置であって、前記トランス装置を構成する複数のトランスのうちの第１、第２のトランスのコア部材には、それぞれ少なくとも一つのギャップ部が形成されており、前記ギャップ部の距離をｇｓとし、前記第１のトランスに設けられたギャップ部のうちの少なくも一つと、前記第２のトランスに設けられたギャップ部のうちの少なくも一つとの間の距離をｄとするとき、ｄ／ｇｓの値は、１０以下に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、各トランスの巻線部に生ずる渦電流損失の低減効果を得ることができる。

また、本発明にかかるトランス装置は、前記ｄ／ｇｓの値は、０．４８〜１．９の範囲内に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、負荷の大小に依存することなく、また、コア部材の種類に依存することなく、渦電流損失の確実な低減効果を得ることができる。

また、本発明のトランス装置における前記第１、第２のトランスは、各１個のトランスを有してなり、前記第１、第２のトランスは、少なくとも一方が３つの脚部を有する一対のコア部材によって構成され、一方のコア部材の中央脚部の周囲を含む空間領域には一次巻線および二次巻線が装着され、一方のコア部材の側脚部の端部にはギャップ部が形成され、前記第１、第２のトランスに設けられたギャップ部のうち、１組のギャップ部同士のみが近接して配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、例えばＬＰ型、ＥＥ型、ＥＲ型、ＥＥＲ型、ＲＭ型、ＰＱ型、ＥＩ型などの少なくとも一方が３つの脚部を有する一対のコア部材を用いて構成した２個のトランスを好適に配置する実施態様を提供する。

また、本発明のトランス装置における前記第１、第２のトランスは、各１個のトランスを有してなり、前記第１、第２のトランスは、少なくとも一方が３つの脚部を有する一対のコア部材によって構成され、一方のコア部材の中央脚部の周囲を含む空間領域には一次巻線および二次巻線が装着され、一方のコア部材の一方の側脚部の端部には第１のギャップ部が形成され、一方のコア部材の他方の側脚部の端部には第２のギャップ部が形成され、前記第１のトランスに設けられた第１のギャップ部と前記第２のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第１のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第２のトランスに設けられた第２のギャップ部とが近接して配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、例えばＬＰ型、ＥＥ型、ＥＲ型、ＥＥＲ型、ＲＭ型、ＰＱ型、ＥＩ型などの少なくとも一方が３つの脚部を有するコア部材を用いて構成した２個のトランスを好適に配置する実施態様を提供する。また、本発明によれば、２組のギャップ部同士を近接して配置するので、１つのギャップ部同士のみを近接して配置する場合に比べて渦電流損失の低減効果を高めることができる。

また、本発明のトランス装置における前記第１、第２のトランスは、各２個のトランスを有してなり、前記第１、第２のトランスのそれぞれは、少なくとも一方が３つの脚部を有する一対のコア部材によって構成され、一方のコア部材の中央脚部の周囲を含む空間領域には一次巻線および二次巻線が装着され、一方のコア部材の一方の側脚部の端部には第１のギャップ部が形成され、一方のコア部材の他方の側脚部の端部には第２のギャップ部が形成され、前記第１の一方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第１の他方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第１の他方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第２の一方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第２の一方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第２の他方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、例えばＬＰ型、ＥＥ型、ＥＲ型、ＥＥＲ型、ＲＭ型、ＰＱ型、ＥＩ型などの少なくとも一方が３つの脚部を有するコア部材を用いて構成した４個のトランスを好適に配置する実施態様を提供する。また、本発明によれば、３組のギャップ部同士が近接して配置されるので、近接して配置されたギャップ部の１トランスあたりの組数を増やすことができ、渦電流損失の低減効果を高めることができる。

また、本発明のトランス装置における前記第１、第２のトランスは、各２個のトランスを有してなり、前記第１、第２のトランスのそれぞれは、少なくとも一方が３つの脚部を有する一対のコア部材によって構成され、一方のコア部材の中央脚部の周囲を含む空間領域には一次巻線および二次巻線が装着され、一方のコア部材の一方の側脚部の端部には第１のギャップ部が形成され、一方のコア部材の他方の側脚部の端部には第２のギャップ部が形成され、前記第１の一方のトランスに設けられた第１のギャップ部と前記第１の他方のトランスに設けられた第２のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第１の一方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第１の他方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第２の一方のトランスに設けられた第１のギャップ部と前記第２の他方のトランスに設けられた第２のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第２の一方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第２の他方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第１の一方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第２の一方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第１の他方のトランスに設けられた第１のギャップ部と前記第２の他方のトランスに設けられた第２のギャップ部とが近接して配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、例えばＬＰ型、ＥＥ型、ＥＲ型、ＥＥＲ型、ＲＭ型、ＰＱ型、ＥＩ型などの少なくとも一方が３つの脚部を有するコア部材を用いて構成した４個のトランスを好適に配置する実施態様を提供する。また、本発明によれば、重複を含めた６組のギャップ部同士が近接して配置されるので、近接して配置されたギャップ部の１トランスあたりの組数を更に増やすことができ、渦電流損失の低減効果を更に高めることができる。

また、本発明のトランス装置における前記第１、第２のトランスのそれぞれは、一次巻線および二次巻線を具備しており、前記第１、第２のトランスの各一次巻線同士が直列に接続されると共に、前記第１、第２のトランスの各二次巻線同士が並列に接続されてＤＣ−ＤＣコンバータに適用されることを特徴とする。

本発明によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータに適用されて好適なトランス装置の一態様を提供することができる。

また、本発明のトランス装置における前記第１、第２のトランスのそれぞれには、２つの二次巻線が設けられており、前記第１のトランスの一方の二次巻線と前記第２のトランスの一方の二次巻線とが並列に接続され、前記第１のトランスの他方の二次巻線と前記第２のトランスの他方の二次巻線とが並列に接続されることを特徴とする。

本発明によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータに適用されて好適なトランス装置の上記とは異なる一態様を提供することができる。

また、本発明のトランス装置における前記第１、第２のトランスのそれぞれは、一次巻線および二次巻線を具備しており、前記第１の一方および他方のトランスならびに前記第２の一方および他方のトランスの各一次巻線同士が直列に接続され、前記第１の一方および他方のトランスの各二次巻線同士が並列に接続され、前記第２の一方および他方のトランスの各二次巻線同士が並列に接続されてＤＣ−ＤＣコンバータに適用されることを特徴とする。

本発明によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータに適用されて好適なトランス装置の上記とは異なる一態様を提供することができる。また、本発明によれば、トランスを小型化することができる。

また、本発明のトランス装置における前記第１、第２のトランスは、基板の上面および下面を利用して形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、基板下面の空間をも利用するので、トランス装置の低背化が可能となる。

本発明にかかるトランス装置によれば、トランス内部の損失を低減することができるという効果が得られる。

図１は、各実施形態のトランス装置を構成する際に用いる一対のコア部材の一例を示す図である。 図２は、図１に示した一対のコア部材の組合せ要領を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかるトランス装置の一構成例を示す正面図である。 図４は、実施の形態１にかかるトランス装置における損失低減の作用を説明する図である。 図５は、本発明の実施の形態２にかかるトランス装置の一構成例を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態２にかかるトランス装置の他の構成例を示す図である。 図７は、実施の形態１，２にかかるトランス装置を適用した実施の形態３の回路構成の一例を示す図である。 図８は、図７に示すＤＣ−ＤＣコンバータの動作を説明するための波形図である。 図９は、図７に示すＤＣ−ＤＣコンバータを４個のトランスを用いて構成した実施の形態４にかかる回路構成の一例を示す図である。 図１０は、２個のトランスを４個のトランスに小型化分離して配置したトランス装置の一例を示す図である。 図１１は、２個のトランスを４個のトランスに小型化分離して配置したトランス装置の図１０とは異なる他の構成例を示す図である。 図１２は、実施の形態１，２にかかるトランス装置（図３、図５を参照）を適用した実施の形態５の回路構成の一例を示す図である。 図１３は、図１２に示すＤＣ−ＤＣコンバータの動作を説明するための波形図である。 図１４は、図３に示すような横並び配置にしたトランス装置のシミュレーションによって求めた損失特性を示すグラフである。 図１５は、図５に示すような背面合わせ配置にしたトランス装置のシミュレーションによって求めた損失特性を示すグラフである。 図１６は、２個のトランスの各ギャップ部に生ずる磁束が互いに同方向となるように配置したトランス装置の一構成例を示す正面図である。 図１７は、図１６のように構成したトランス装置に対するシミュレーション結果を示すグラフである。 図１８は、実施の形態１にかかるトランス装置（図３参照）を基板上に形成した場合の一例を示す実施の形態６にかかるトランス装置の斜視図である。 図１９は、図１８に示したトランス装置の分解斜視図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかるトランス装置を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、以下に説明する各実施形態のトランス装置を構成する際に用いる一対のコア部材の一例を示す図であり、図２は、図１に示した一対のコア部材の組合せ要領を示す図である。

本発明における各実施形態のトランス装置は、磁性材料からなる、例えば図１に示すようなＬＰ型のコア部材１（１ａ，１ｂ）を用いて構成することができる。コア部材１ａ，１ｂは、平板状のヨーク部２（２ａ，２ｂ）と、ヨーク部２の両端からヨーク部２の長手方向に対し直交する方向に立設される側脚部４（４ａ，４ｂ），５（５ａ，５ｂ）と、ヨーク部２の概略中央から側脚部４，５に対し概略平行に立設される中央脚部３（３ａ，３ｂ）と、を有する構造である。中央脚部３は、図示のように断面が円形の円柱体であり、側脚部４，５は、一端側の端部８ａが、他端側の端部８ｂおよび中央部８ｃよりも幅広の端面７を有し、中央部８ｃから一端側の端部８ａに向かって端面７の長手方向に直交する方向の幅が広がって行く柱状構造体である。

これらのコア部材１ａ，１ｂは、図２に示すように、中央脚部３、側脚部４，５の各脚部同士がそれぞれ突き合わされると共に、側脚部４，５の少なくとも一方側の端面７同士が所定の距離を持って配置され、中央脚部３ａ，３ｂの周囲に一次巻線および二次巻線が巻回あるいは装着されることにより、一のトランスが構成される。すなわち、本発明における各実施形態のトランス装置では、側脚部４ａ，４ｂ間および側脚部５ａ，５ｂ間のうちの少なくとも一方側にギャップが形成されていればよい。また、中央脚部３ａ，３ｂ間にはギャップが設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。

なお、図１，２では、ＬＰ型のコアを一例として示しているが、ＬＰ型に限定されるものではなく、少なくとも一方が３つの脚部を有する一対のコア部材からなる型のコアを用いても構わない。肝要な点は、１つ以上のギャップが構成され、当該ギャップの近傍に巻線部が存在していればよい。したがって、１つ以上のギャップを構成可能なコアとして、例えば、ＥＥ型、ＥＲ型、ＥＥＲ型、ＲＭ型、Ｐ型、ＥＰＣ型、ＰＱ型、ＥＩ型、ＥＴ／ＦＴ型などを用いることが可能である。

また、上記の説明では、中央脚部の周囲に一次巻線および二次巻線が巻回あるいは装着されるとして説明したが、側脚部の周囲に一次巻線および二次巻線が巻回あるいは装着される構成であっても構わない。この種の構成では、中央脚部を有さず、少なくとも一方が２つの脚部を有する一対のコア部材からなる型（例えばＵＵ型、ＵＩ型）のコアを用いても構わない。なお、側脚部の周囲に巻線部を設ける構成は、ＵＵ型およびＵＩ型のコアを用いる場合は無論のこと、中央脚部を有する型のコアであっても取り得る構成である。

図３は、本発明の実施の形態１にかかるトランス装置の一構成例を示す正面図である。図３に示すように、実施の形態１のトランス装置は、図２に示すように構成したトランスを２つ用意し、第１、第２のトランスであるトランスＴ１，Ｔ２を横並びで配置している。なお、図３において、トランスＴ１に付した符号は図１と同一のものを使用し、図１との対応関係が分かるようにしている。具体的に、トランスＴ１では、側脚部４ａ，４ｂ間にはギャップ部１２が形成され、側脚部５ａ，５ｂ間にはギャップ部１４が形成され、中央脚部３ａ，３ｂの周囲には、一次巻線および二次巻線が巻回された巻線部１０が装着されている。トランスＴ２においても後述する巻線部１１の巻線方向を除いて、トランスＴ１と同様な構成であり、各側脚部間には、ギャップ部１６，１８が形成され、中央脚部の周囲には、一次巻線および二次巻線が巻回された巻線部１１が装着されている。

ここで、巻線部１０によってトランスＴ１に生ずる磁束の方向を矢印Ａ１，Ａ２とすると、トランスＴ２に生ずる磁束の方向は矢印Ｂ１，Ｂ２に示す方向となる。すなわち、トランスＴ２では、内部に生ずる磁束の方向がトランスＴ１と逆向きになるように巻線部１０に対する印加電圧との関係で、巻線部１１に対する印加電圧の極性、トランスＴ２の配置方向が決められている。

また、トランスＴ１，Ｔ２は、トランスＴ１の一方の側脚部とトランスＴ２の一方の側脚部とが近接するように配置される一方で、トランスＴ１の他方の側脚部とトランスＴ２の他方の側脚部とは近接せず、且つ、トランスＴ１の一方の側脚部によって形成されるギャップ部１２の位置とトランスＴ２の一方の側脚部によって形成されるギャップ部１６の位置とが概ね一致するように配置されている（以下、「横並び配置」と称する）。

つぎに、図３のように配置された実施の形態１にかかるトランス装置の作用について説明する。図４は、実施の形態１にかかるトランス装置における損失低減の作用を説明する図である。

図４の上段部に示すように、トランスＴ１，Ｔ２には一次巻線２４および二次巻線２６が巻回されており、トランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２４に所定の電源電圧が供給されたときには、トランスＴ１のギャップ部２０に生ずる磁束の方向と、トランスＴ２のギャップ部２２に生ずる磁束の方向とが互いに逆方向となるように構成されている。このとき、一次巻線２４および二次巻線２６（以下「巻線部」という）におけるギャップ部２０，２２近傍の領域２８には、ギャップ部２０，２２を通過する磁束の広がりによって磁束（漏れ磁束）が鎖交するので、巻線部における渦電流損失を増大させることになる。

これに対して、図４の下段部に示すように、トランスＴ１，Ｔ２を近接して配置した場合には、ギャップ部２０，２２を通過する磁束の一部が互いに相手側トランスに流れ込むようになる（例えば、矢印で示す磁束３２）。その結果、同一のトランスにおける漏れ磁束間の反発が小さくなり、漏れ磁束の広がりは小さくなる（例えば、矢印で示す磁束３４）。したがって、巻線部に鎖交する磁束量は、領域３０に示すように小さくなり、巻線部における渦電流損失の低減が可能となる。

ここで、漏れ磁束の一部が相手側のトランスに流れ込むということは、自身の漏れ磁束が低減しているのと等価である。したがって、実施の形態１のトランス装置によれば、ギャップ部に生ずる磁束の方向が相異なる２つのトランスを近接して配置することにより、各ギャップ部における漏れ磁束を相互に相殺して漏れ磁束を低減することができるので、巻線部における渦電流損失の低減が可能となる。

なお、上記では、トランスＴ１，Ｔ２における各一次巻線および各二次巻線の接続（電気的接続）については言及していないが、各一次巻線および各二次巻線の電気的接続は任意である。例えば、各一次巻線は、直列に接続されていても、並列に接続されていてもよいし、接続されていなくても構わない。このとき、各二次巻線も同様であり、直列に接続されていても、並列に接続されていてもよいし、接続されていなくても構わない。

肝要な点は、それぞれのギャップ部を近接して配置したトランスＴ１、トランスＴ２において、トランスＴ１の一次巻線に流れる電流によってトランスＴ１のギャップ部（近接して配置されているギャップ部、以下「近接ギャップ部」という）に生ずる磁束の向きと、当該電流がトランスＴ１の一次巻線に流れたときにトランスＴ２の一次巻線に流れる電流によってトランスＴ２の近接ギャップ部に生ずる磁束の向きとが逆向きとなるような印加電圧がトランスＴ１，Ｔ２の各一次巻線に印加されるか、あるいはトランスＴ１，Ｔ２の動作において、そのような印加電圧が印加される状態が存在していれば、図４で説明したような渦電流損失の低減効果を得ることができる。

上記の点は、二次巻線に関しても同様であり、それぞれのギャップ部を近接して配置したトランスＴ１、トランスＴ２において、トランスＴ１の二次巻線に流れる電流によってトランスＴ１の近接ギャップ部に生ずる磁束の向きと、当該電流がトランスＴ１の二次巻線に流れたときにトランスＴ２の二次巻線に流れる電流によってトランスＴ２の近接ギャップ部に生ずる磁束の向きとが逆向きとなるような印加電圧がトランスＴ１，Ｔ２の各二次巻線に印加されるか、あるいはトランスＴ１，Ｔ２の動作において、そのような印加電圧が印加される状態が存在していればよく、図４で説明したような渦電流損失の低減効果を得ることができる。

また、上記の説明では近接の意味については、明らかにしていない。近接しているか否かについては、トランスＴ１，Ｔ２におけるギャップ間の距離（以下「ギャップ間距離」という）ｄ１が関係するが、この点については、後述する。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかるトランス装置の一構成例を示す図である。図５に示すように、実施の形態２のトランス装置は、図２に示すように構成した２つのトランスＴ１，Ｔ２の背面同士を突き合わせて配置している（以下、「背面合わせ配置」と称する）。なお、図５では、理解を容易とするため、トランスＴ１，Ｔ２に形成されるギャップ部の断面から下方側（コア部材１ａ側）を視認した図として示している。

図５において、実施の形態２のトランス装置では、トランスＴ１のコア部材１ａにおける一方側の側脚部である側脚部４ａと、トランスＴ２のコア部材１ａ’における一方側の側脚部である側脚部４ａ’とが近接して配置されると共に、トランスＴ１のコア部材１ａにおける他方側の側脚部である側脚部５ａと、トランスＴ２のコア部材１ａ’における他方側の側脚部である側脚部５ａ’とが近接して配置されている。なお、図面に付した記号は、磁束の方向を表しており、丸付きの×は手前から紙面に向かう方向を表し、丸付きの黒丸は紙面から手前に向かう方向を表している。

すなわち、実施の形態２のトランス装置は、トランスＴ１に形成される一方のギャップ部と、トランスＴ２に形成される一方のギャップ部とを近接して配置すると共に、トランスＴ１に形成される他方のギャップ部と、トランスＴ２に形成される他方のギャップ部とを近接して配置し、且つ、トランスＴ１，Ｔ２の各近接ギャップ部における磁束の方向が相互に逆向きとなるように配置している。

上記のように構成された実施の形態２のトランス装置の作用は、実施の形態１のものと同様である。したがって、トランスＴ１，Ｔ２の各一次巻線および各二次巻線は、直列に接続されていても、並列に接続されていてもよいし、接続されていなくても構わない。

なお、図５では、側脚部４ａ，５ａおよび側脚部４ａ’，５ａ’のうち、それぞれ幅広側の端部同士を突き合わせた配置としているが、この構成に限定されるものではない。例えば、幅狭側の端部同士を突き合わせでもよいし、幅広側と幅狭側の端部同士を突き合わせても構わない。

また、図５では、トランスＴ１，Ｔ２に形成される双方のギャップ部を近接して配置する構成を開示したが、何れか一方のギャップを同士が近接して配置されていればよい。例えば、図６に示すように、トランスＴ２を時計回りに９０°回転させたような配置であっても構わない。なお、トランスＴ２を時計回りに１８０°回転させたものが、図３に示した横並び配置の構成であることは言うまでもない。

なお、トランスＴ１，Ｔ２におけるギャップ間距離ｄ２は、トランスＴ１，Ｔ２が近接しているか否かの判定指標となるが、この点については、後述する。

実施の形態３．
図７は、上述した実施の形態１，２にかかるトランス装置を適用した実施の形態３の回路構成の一例を示す図である。図７に示す回路は、２個のトランスを用いて構成したＤＣ−ＤＣコンバータであり、例えば特表２００６−５００８８９号公報などに開示されているハーフブリッジ共振回路型のＤＣ−ＤＣコンバータである。図７において、トランスＴ１，Ｔ２にそれぞれ設けられた一次巻線同士は直列に接続され、トランスＴ１，Ｔ２にそれぞれ設けられた二次巻線同士は並列に接続されている。

つぎに、図７に示すＤＣ−ＤＣコンバータの動作について、図８を参照して説明する。図８は、図７に示すハーフブリッジ共振回路の動作を説明するための波形図であり、同図（ａ）は軽負荷（定格電流の１５％）の場合であり、同図（ｂ）は定格負荷（定格電流の１００％）の場合である。

まず、図７に示すＤＣ−ＤＣコンバータでは、出力を片波整流としているので、トランスＴ１，Ｔ２は、半周期ごとにトランス動作とインダクタ動作を交互に繰返す。すなわち、図８（ａ）および（ｂ）において、区間ｔ１（Ｑ１がオフ、Ｑ２がオン）では、トランスＴ１がトランス動作、トランスＴ２がインダクタ動作となり、区間ｔ２（Ｑ１がオン、Ｑ２がオフ）では逆になる。また、共振用コンデンサＣｒの電流ｉｃｒは、インダクタ動作をするトランスにおいては、ｉｍ２が０であり“励磁電流”と等しくなり、トランス動作をするトランスにおいては、“励磁電流＋２次電流／巻数比の和”に等しくなる。

つぎに、コア内の磁束を考える。まず、区間ｔ１では、トランスＴ１，Ｔ２におけるコア内磁束は、それぞれｉｃｒおよびｉｍ２に相当するので、トランスＴ１，Ｔ２のギャップ部における漏れ磁束も、同様にｉｃｒ，ｉｍ２に相当する大きさになる。ここで、ｉｃｒとｉｍ２の増減方向は同一である。よって、区間ｔ１では、トランスＴ１，Ｔ２の漏れ磁束は、ｉｃｒとｉｍ２の差分だけ残して相殺される。なお、区間ｔ２でも、区間ｔ１と同様に、トランスＴ１，Ｔ２の漏れ磁束は相殺されるので、ｉｃｒとｉｍ１の差分だけ残ることになる。このように、実施の形態３にかかるＤＣ−ＤＣコンバータは、軽負荷から重負荷に渡って渦電流損失の低減効果が得られる。

ここで、負荷電流ｉｏとｉｃｒ，ｉｍ１，ｉｍ２との関係であるが、ｉｃｒとｉｍ２の差をｎｔ２倍、またはｉｃｒとｉｍ１の差をｎｔ１倍した値が２次電流（＝負荷電流ｉｏ）となるので、負荷電流を増やすことはｉｃｒとｉｍ１，ｉｍ２との差を増やすことに相当し、（図８（ｂ））、負荷電流を減らすことはｉｃｒとｉｍ１，ｉｍ２との差を減らすことに相当する。（図８（ａ））。なお、負荷電流が少ない場合ほどｉｃｒ≒ｉｍ１，ｉｍ２となって漏れ磁束相殺の効果が大きくなる。よって、実施の形態３にかかるＤＣ−ＤＣコンバータは、特に軽負荷時の効果が大きくなる。

実施の形態４．
図９は、図７に示すＤＣ−ＤＣコンバータを４個のトランスを用いて構成した実施の形態４にかかる回路構成の一例を示す図である。実施の形態４のＤＣ−ＤＣコンバータは、実施の形態３のＤＣ−ＤＣコンバータのトランスを小型化分離したものであり、回路動作については図７のものと同一である。図９において、トランスＴ１〜Ｔ４にそれぞれ設けられた一次巻線同士は直列に接続され、トランスＴ１，Ｔ２にそれぞれ設けられた二次巻線同士は並列に接続され、トランスＴ３，Ｔ４にそれぞれ設けられた二次巻線同士も並列に接続されている。

図１０は、２個のトランスを４個のトランスに小型化分離して配置したトランス装置の一例を示す図である。図１０に示すトランス装置では、図３に示した２個のトランスによる横並び配置の構成を４個のトランスに適用している。図１０の構成により、隣接するトランス同士の各ギャップ部における漏れ磁束が相互に打ち消しあうように作用するので、漏れ磁束が低減され、渦電流損失の低減効果を得ることができる。なお、図１０では、トランスＴ２，Ｔ３の各ギャップ部も近接して配置しているが、トランスＴ１，Ｔ２およびトランスＴ３，Ｔ４の各組のギャップ部のみを近接させる構成であっても構わない。

また、図１０の構成では、破線部で示すように隣接するギャップ部の組数が増えるので（図３では１個、図１０では３個）、渦電流損失の更なる低減が可能となる。

図１１は、２個のトランスを４個のトランスに小型化分離して配置したトランス装置の図１０とは異なる他の構成例を示す図である。

図１１に示すトランス装置では、図３に示した２個のトランスによる横並び配置の構成および図５に示した２個のトランスによる背面合わせ配置の構成を組み合わせて４個のトランスに適用している。図１１の構成により、隣接するトランス同士の各ギャップ部における漏れ磁束が相互に打ち消しあうように作用するので、漏れ磁束が低減され、渦電流損失の低減効果を得ることができる。

また、図１１の構成では、破線部で示すように隣接するギャップ部の組数が増えるので（図５では２個、図１０では３個、図１１では６個）、渦電流損失の更なる低減が可能となる。

実施の形態５．
図１２は、上述した実施の形態１，２にかかるトランス装置（図３、図５を参照）を適用した実施の形態５の回路構成の一例を示す図である。図１２に示す回路は、２個のトランスを用いて構成したハーフブリッジ共振回路型（より詳細には、ハーフブリッジＬＬＣ共振回路型）のＤＣ−ＤＣコンバータを例示している。図１２において、トランスＴ１には１つの一次巻線と２つ二次巻線（第１，第２の二次巻線）とが設けられ、トランスＴ２にも１つの一次巻線と２つ二次巻線（第１，第２の二次巻線）とが設けられている。トランスＴ１，Ｔ２の各一次巻線同士は直列に接続され、トランスＴ１の第１の二次巻線と、トランスＴ２の第１の二次巻線とが並列に接続され、トランスＴ１の第２の二次巻線と、トランスＴ２の第２の二次巻線とが並列に接続されている。

つぎに、図１２に示すＤＣ−ＤＣコンバータの動作について、図１３を参照して説明する。図１３は、図１２に示すＤＣ−ＤＣコンバータの動作を説明するための波形図であり、同図（ａ）は軽負荷（定格電流の１５％）の場合を示し、同図（ｂ）は定格負荷（定格電流の１００％）の場合を示している。

図１２に示すＤＣ−ＤＣコンバータでは、トランスを２個に分割して構成しているが、トランスＴ１，Ｔ２は、同時刻に同一の動作を行う。したがって、トランスＴ１，Ｔ２における励磁電流ｉｍ１，ｉｍ２は等しく（ｉｍ１＝ｉｍ２）、これをｉｍとおく。

つぎに、コア内の磁束を考える。上述したように、コア内の磁束は、トランス励磁電流ｉｍで決定される。一方、図１２に示す回路のトランス励磁電流は、図１３（ａ）および（ｂ）のように、直線的であるのと共に、区間ｔ１，ｔ２において、ほぼ対称形を成す。よって、トランスＴ１，Ｔ２の各ギャップ部における瞬時ごとの漏れ磁束は、負荷電流によらずほぼ同一であり、トランスＴ１，Ｔ２を図３または図５のよう配置することにより、漏れ磁束を相殺することができ、軽負荷から重負荷に渡って渦電流損失の低減が可能となる。

図１４は、図３に示すような横並び配置にしたトランス装置のシミュレーションによって求めた損失特性を示すグラフである。図１４において、横軸はトランスＴ１，Ｔ２におけるギャップ間距離（ｄ１）をギャップ長（ｇｓ）で規格化した値（＝ｄ１／ｇｓ、以下「規格化ギャップ間距離」という）を表し、縦軸はｄ１／ｇｓ＝１９およびＰｏ＝１００％（定格出力）のときの損失（巻線に生ずる損失）を１としたときの損失比を表している。なお、トランスＴ１，Ｔ２の各ギャップ長は等しいものとする。

図１４において、「三角」の点を連ねた曲線（Ｋ１）は、定格出力（Ｐｏ＝１００％：重負荷）のときの損失比を示し、「四角」の点を連ねた曲線（Ｋ２）は、定格出力の２／３（Ｐｏ＝６７％：中程度負荷）のときの損失比を示し、「菱形」の点を連ねた曲線（Ｋ３）は、定格出力の１／６（Ｐｏ＝１７％：軽負荷）のときの損失比を示している。

図１４のシミュレーション結果から、つぎのことが読みとれる。
（１）重負荷よりも軽負荷の方が効果がある。
（２）重負荷、中程度負荷および軽負荷に対し、規格化ギャップ間距離が１０以下の領域で渦電流損失の低減効果が得られる。
（３）重負荷および中程度負荷の場合、ｄ１／ｇｓ＝１の近傍に極値（最小値）が存在する。
（４）軽負荷の場合、ｄ１／ｇｓ＜０．３の領域では、損失比がフラットである。
（５）重負荷の場合、最小点（ｄ１／ｇｓ＝０．２９のとき）での損失は、同一曲線Ｋ１上の基準点（ｄ１／ｇｓ＝１９）に比して約１２％の低減効果がある。
（６）中程度負荷の場合、最小点（ｄ１／ｇｓ＝０．２９のとき）での損失は、同一曲線Ｋ２上の基準点（ｄ１／ｇｓ＝１９）に比して約２２％の低減効果がある。
（７）軽負荷の場合、最小点（ｄ１／ｇｓ＝０．２９のとき）での損失は、同一曲線Ｋ３上の基準点（ｄ１／ｇｓ＝１９）に比して約４０％の低減効果がある。

また、図１５は、図５に示すような背面合わせ配置にしたトランス装置のシミュレーションによって求めた損失特性を示すグラフである。図１５において、横軸は規格化ギャップ間距離（ｄ２／ｇｓ）を表し、縦軸はｄ２／ｇｓ＝１９およびＰｏ＝１００％（定格出力）のときの損失（巻線に生ずる損失）を１としたときの損失比を表している。なお、トランスＴ１，Ｔ２の各ギャップ長は等しいものとする。

図１５において、「三角」の点を連ねた曲線（Ｌ１）は、定格出力（Ｐｏ＝１００％：重負荷）のときの損失比を示し、「四角」の点を連ねた曲線（Ｌ２）は、定格出力の２／３（Ｐｏ＝６７％：中程度負荷）のときの損失比を示し、「菱形」の点を連ねた曲線（Ｌ３）は、定格出力の１／６（Ｐｏ＝１７％：軽負荷）のときの損失比を示している。

図１５のシミュレーション結果から、つぎのことが読みとれる。
（１）重負荷よりも軽負荷の方が効果がある。
（２）重負荷、中程度負荷および軽負荷に対し、規格化ギャップ間距離が１０以下の領域で渦電流損失の低減効果が得られる（重負荷における、ｄ２／ｇｓ＜０．４８の領域を除く）。
（３）重負荷〜中程度負荷〜軽負荷となるにつれ、損失比の最小点（極値）が左方向（規格化ギャップ間距離が小さくなる方向）にシフトして行く（ただし、軽負荷の場合、図１５のシミュレーション結果（曲線Ｌ３）では現れていない）。
（４）重負荷、中程度負荷および軽負荷の損失を同一の評価点（ｄ２／ｇｓ＝０．９５）で比較すると、
（ａ）重負荷の場合の当該評価点における損失は、同一曲線Ｌ１上の基準点（ｄ２／ｇｓ＝１９）に比して約５％の低減効果がある。
（ｂ）中程度荷の場合の当該評価点における損失は、同一曲線Ｌ２上の基準点（ｄ２／ｇｓ＝１９）に比して約１４％の低減効果がある。
（ｃ）重負荷の場合の当該評価点における損失は、同一曲線Ｌ３上の基準点（ｄ２／ｇｓ＝１９）に比して約３２％の低減効果がある。

図１４および図１５のシミュレーション結果によれば、つぎのことが明らかとなる。
（１）トランスＴ１，Ｔ２における少なくとも一つのギャップ部同士を近接して配置することにより、渦電流損失の低減効果を得ることができる。なお、ギャップ部同士が「近接」した配置であるためには、規格化ギャップ間距離が１０以下であることが好ましい。
（２）規格化ギャップ間距離（ｄ１／ｇｓ）を小さくすることによる渦電流損失の低減効果は、負荷の大小によらず得ることができる。
（３）ｄ１／ｇｓ＝１もしくは、その近傍値（例えばＰ点（０．４８）以上、Ｑ点（１．９）以下の値）に設定すれば、負荷の大小に依存することなく、渦電流損失の確実な低減効果を得ることができる。

また、図１４および図１５のシミュレーション結果は、ＬＰ型のコアを一例として示したものであるが、他の型のコアでも同様な効果が得られることは、上記作用の点からも明らかである。なお、種々の型のコアを用いる場合、渦電流損失の低減効果は、コアの形状やギャップ部の形状、ギャップ長などに応じて差異がでることになると考えられるが、規格化ギャップ間距離（ｄ／ｇｓ）を、本シミュレーション結果によって導かれた上記範囲（０．４８≦ｄ／ｇｓ≦１．９）内に設定すれば、種々の型のコアに対しても、渦電流損失の確実な低減効果を得ることがとできると言っても過言ではない。

一方、図１６は、２個のトランスの各近接ギャップ部に生ずる磁束が互いに同方向となるように配置したトランス装置の一構成例を示す正面図であり、図１７は、図１６のように構成したトランス装置に対するシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図１６に示すように、トランス装置の構成は、図３のトランス装置と同様な横並び配置である。

図１７において、横軸は規格化ギャップ間距離（ｄ１／ｇｓ）を表し、縦軸はｄ１／ｇｓ＝４．１およびＰｏ＝１００％（定格出力）のときの損失（巻線に生ずる損失）を１としたときの損失比を表している。なお、トランスＴ１，Ｔ２の各ギャップ長は等しいものとする。

図１７のシミュレーション結果によれば、図１４および図１５のシミュレーション結果と比較して、つぎのことが明らかとなる。
（１）重負荷、中程度負荷および軽負荷の何れの場合も、規格化ギャップ間距離を小さくすると損失が増加する。
（２）重負荷、中程度負荷および軽負荷の損失を同一の評価点（ｄ１／ｇｓ＝１．２）で比較すると、
（ａ）重負荷の場合の当該評価点における損失は、同一曲線Ｍ１上の基準点（ｄ１／ｇｓ＝４．１）に比して約１２％増加する。
（ｂ）中程度荷の場合の当該評価点における損失は、同一曲線Ｍ２上の基準点（ｄ１／ｇｓ＝４．１）に比して約１７％増加する。
（ｃ）重負荷の場合の当該評価点における損失は、同一曲線Ｍ３上の基準点（ｄ２／ｇｓ＝４．１）に比して約２２％増加する。

このように、２個のトランスの各近接ギャップ部に生ずる磁束が互いに同方向となるように配置したトランス装置においては、各ギャップ部を近接して配置すると、渦電流損失の低減効果が得られないばかりか、渦電流損失が増大するということが明らかとなった。なお、この事実は、上述した作用の説明が正しいことを意味している。

実施の形態６．
図１８は、上述した実施の形態１にかかるトランス装置（図３参照）を基板上に形成した場合の一例を示す実施の形態６にかかるトランス装置の斜視図であり、図１９は、図１８に示したトランス装置の分解斜視図である。

基板５０上面の一方側には、筒状の収納部５１，５２，５３が形成されており、収納部５１にはコア部材１ｂの中央脚部３ｂが嵌挿され、収納部５２，５３にはコア部材１ｂの側脚部４ｂ，５ｂがそれぞれ嵌挿される。基板５０下面の一方側においても同様な収納部が構成され、コア部材１ａの中央脚部３ａ、側脚部４ａ，５ａが嵌挿される。

また、収納部５１はボビンとしての機能も有し、収納部の周囲には一次巻線６２および二次巻線６４が巻回または装着されている。一次巻線６２の端部は基板５０に設けられた端子５４ａ，５４ｂに絡げられ、半田付け等により固定されると共に、二次巻線６４の端部は基板５０に設けられた端子５６ａ，５６ｂに絡げられ、半田付け等により固定される。このようにして、実施の形態６のトランス装置における一方のトランスが構成される。

同様な構成は、基板５０上下面の他方側においても採られ、実施の形態６のトランス装置における他方のトランスが構成される。これら一方および他方のトランスは、図示のように近接して配置され、実施の形態６にかかるトランス装置が構成される。この実施の形態６にかかるトランス装置によれば、内部損失を低減させたトランス装置を基板上に構成することができると共に、基板上下面の空間を有効に利用しているので、トランス装置の低背化が可能となる。

なお、図１８および図１９では、一次巻線６２および二次巻線６４を基板５０の上面側に装着する構成を開示したが、この構成に限定されるものではない。一次巻線および二次巻線を基板５０の下面側に装着してもよいし、一次巻線および二次巻線を基板５０の上下面で分離して装着する構成であっても構わない。

以上のように、本発明にかかるトランス装置は、トランス内部の損失を低減することができる発明として有用である。

１，１ａ，１ｂ コア部材
２，２ａ，２ｂ ヨーク部
３，３ａ，３ｂ 中央脚部
４，４ａ，４ｂ，５，５ａ，５ｂ 側脚部
７ 端面
１０，１１ 巻線部
１２，１４，１６，１８，２０，２２ ギャップ部
２４，６２ 一次巻線
２６，６４ 二次巻線
５０ 基板
５１，５２，５３ 収納部
５４ａ，５４ｂ，５６ａ，５６ｂ 端子
Ｔ１，Ｔ２ トランス

Claims (11)

1. 複数のトランスを有するトランス装置であって、
   前記トランス装置を構成する複数のトランスのうちの第１、第２のトランスのコア部材には、それぞれ少なくとも一つのギャップ部が形成されており、
   前記ギャップ部の距離をｇｓとし、
   前記第１のトランスに設けられたギャップ部のうちの少なくとも一つと、前記第２のトランスに設けられたギャップ部のうちの少なくとも一つとの間の距離をｄとするとき、
   ｄ／ｇｓの値は、０．２９〜１０の範囲内に設定され、且つ、それらのギャップ部に生ずる磁束の向きが互いに逆向きとなるように構成されていることを特徴とするトランス装置。
2. 前記ｄ／ｇｓの値は、０．４８〜１．９の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のトランス装置。
3. 前記第１、第２のトランスは、各１個のトランスを有してなり、
   前記第１、第２のトランスは、
   少なくとも一方が３つの脚部を有する一対のコア部材によって構成され、
   一方のコア部材の中央脚部の周囲を含む空間領域には一次巻線および二次巻線が装着され、
   一方のコア部材の側脚部の端部にはギャップ部が形成され、
   前記第１、第２のトランスに設けられたギャップ部のうち、１組のギャップ部同士のみが近接して配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のトランス装置。
4. 前記第１、第２のトランスは、各１個のトランスを有してなり、
   前記第１、第２のトランスは、
   少なくとも一方が３つの脚部を有する一対のコア部材によって構成され、
   一方のコア部材の中央脚部の周囲を含む空間領域には一次巻線および二次巻線が装着され、
   一方のコア部材の一方の側脚部の端部には第１のギャップ部が形成され、一方のコア部材の他方の側脚部の端部には第２のギャップ部が形成され、
   前記第１のトランスに設けられた第１のギャップ部と前記第２のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第１のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第２のトランスに設けられた第２のギャップ部とが近接して配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のトランス装置。
5. 前記第１、第２のトランスは、各２個のトランスを有してなり、
   前記第１、第２のトランスのそれぞれは、
   少なくとも一方が３つの脚部を有する一対のコア部材によって構成され、
   一方のコア部材の中央脚部の周囲を含む空間領域には一次巻線および二次巻線が装着され、
   一方のコア部材の一方の側脚部の端部には第１のギャップ部が形成され、一方のコア部材の他方の側脚部の端部には第２のギャップ部が形成され、
   前記第１の一方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第１の他方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第１の他方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第２の一方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第２の一方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第２の他方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のトランス装置。
6. 前記第１、第２のトランスは、各２個のトランスを有してなり、
   前記第１、第２のトランスのそれぞれは、
   少なくとも一方が３つの脚部を有する一対のコア部材によって構成され、
   一方のコア部材の中央脚部の周囲を含む空間領域には一次巻線および二次巻線が装着され、
   一方のコア部材の一方の側脚部の端部には第１のギャップ部が形成され、一方のコア部材の他方の側脚部の端部には第２のギャップ部が形成され、
   前記第１の一方のトランスに設けられた第１のギャップ部と前記第１の他方のトランスに設けられた第２のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第１の一方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第１の他方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第２の一方のトランスに設けられた第１のギャップ部と前記第２の他方のトランスに設けられた第２のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第２の一方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第２の他方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第１の一方のトランスに設けられた第２のギャップ部と前記第２の一方のトランスに設けられた第１のギャップ部とが近接して配置され、且つ、前記第１の他方のトランスに設けられた第１のギャップ部と前記第２の他方のトランスに設けられた第２のギャップ部とが近接して配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のトランス装置。
7. 前記第１、第２のトランスのそれぞれは、一次巻線および二次巻線を具備しており、
   前記第１、第２のトランスの各一次巻線同士が直列に接続されると共に、前記第１、第２のトランスの各二次巻線同士が並列に接続されてＤＣ−ＤＣコンバータに適用されることを特徴とする請求項３または４に記載のトランス装置。
8. 前記第１、第２のトランスのそれぞれには、２つの二次巻線が設けられており、
   前記第１のトランスの一方の二次巻線と前記第２のトランスの一方の二次巻線とが並列に接続され、前記第１のトランスの他方の二次巻線と前記第２のトランスの他方の二次巻線とが並列に接続されることを特徴とする請求項７に記載のトランス装置。
9. 前記第１、第２のトランスのそれぞれは、一次巻線および二次巻線を具備しており、
   前記第１の一方および他方のトランスならびに前記第２の一方および他方のトランスの各一次巻線同士が直列に接続され、前記第１の一方および他方のトランスの各二次巻線同士が並列に接続され、前記第２の一方および他方のトランスの各二次巻線同士が並列に接続されてＤＣ−ＤＣコンバータに適用されることを特徴とする請求項５または６に記載のトランス装置。
10. 前記第１、第２のトランスは、基板の上面および下面を利用して形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のトランス装置。
11. 前記第１のトランスの一次巻線および二次巻線は、それぞれが前記基板の上面および下面のうちの何れか一方の同一面側にて巻回されると共に、
    前記第２のトランスの一次巻線および二次巻線も、前記基板と同一基板の第１のトランスの一次巻線および二次巻線が巻回されている面と同一面側に巻回される
    ことを特徴とする請求項１０に記載のトランス装置。

Images